c - 为什么 NULL 不是有效的内存地址？

Question

这听起来像是一个愚蠢的问题，但是因为在 C 中，NULL 字面定义为

#define NULL 0

为什么它不能是一个有效的内存地址？为什么我不能取消引用它，为什么任何数据都不可能位于内存地址 0？

我确定对此的答案类似于“前 n 个字节的内存总是由内核保留”或类似的东西，但我在互联网上找不到这样的东西。

我推理的另一部分是，这不是平台独立的吗？我不能发明一种进程可以访问内存地址 0 的新架构吗？

Answer 1

取消引用 NULL 是 undefined behavior .任何事情都可能发生，而且大多数时候都会发生坏事。所以是scared .

一些旧架构(VAX ...)允许您取消引用 NULL。

C11 标准规范(参见 n1570)不要求 NULL 指针全为零位(参见 C FAQ Q5.17)；它可能是别的东西，但它应该是一个永远无效的地址，因此无法通过成功的 malloc 或地址运算符(一元 &)获得，在C11的意义上。但这样做更方便，实际上大多数(但不是全部)C 实现都是这样做的。

IIRC，在 Linux 上，你可能 mmap(2)包含 (void*)0 和 MAP_FIXED 的页面，但这样做并不明智(例如，因为允许符合标准的优化编译器优化 NULL 的取消引用)。

所以 (void*)0 在实践中不是一个有效地址(在具有一些 MMU 和虚拟内存运行足够好的操作系统的普通处理器上!)，因为决定它很方便是 NULL，并且可以很方便地确保取消引用它给出一个 segmentation fault .但这不是 C 标准所要求的(并且在今天的廉价微 Controller 上是错误的)。

C 实现必须提供某种方式来表示 NULL 指针(并保证它从不是某个有效位置的地址)。这甚至可以通过约定来完成:例如提供一个完整的 2³² 字节地址空间，但 promise 永远使用地址 0(或您为 NULL 分配的任何地址，也许是 42!)

当 NULL 恰好是可取消引用时，细微的错误不会被段错误捕获(因此 C 程序更难调试)。

Couldn't I invent a new architecture where the memory address 0 is accessible to processes?

您可以，但您不想这样做(如果您关心提供任何符合标准的 C 实现)。您希望将地址 0 设为 NULL。否则会使编写 C 编译器(和标准 C 库)变得更加困难。并使该地址无效到在取消引用时给出段错误的程度，使调试(以及使用 C 编写代码的用户的生活)更容易。

如果您梦想着奇怪的架构，请阅读 Lisp machines (和 Rekursiv 和 iapx 432 )并查看 The circuit less traveled Liam Proven 在 FOSDEM2018 上的演讲。这确实很有启发性，而且是一次很好的演讲。